1 Panimula
Sa kasalukuyan, ang pangunahing hilaw na materyales na ginagamit sa paghahanda ngselulusa eteray bulak, at ang ani nito ay bumababa, at ang presyo ay tumataas din;
Bukod dito, ang mga karaniwang ginagamit na etherifying agent tulad ng chloroacetic acid (lubos na nakalalason) at ethylene oxide (carcinogenic) ay mas mapanganib din sa katawan ng tao at sa kapaligiran.
Sa kabanatang ito, ang pine cellulose na may relatibong kadalisayan na mahigit 90% na nakuha sa ikalawang kabanata ay ginamit bilang hilaw na materyal, at ang sodium chloroacetate at 2-chloroethanol ay ginamit bilang mga pamalit.
Paggamit ng lubhang nakalalasong chloroacetic acid bilang etherifying agent, anionickarboksimetil selulusa (CMC), inihanda ang non-ionic hydroxyethyl cellulose.
Cellulose (HEC) at pinaghalong hydroxyethyl carboxymethyl cellulose (HECMC) tatlong cellulose ethers. iisang salik
Ang mga pamamaraan ng paghahanda ng tatlong cellulose ether ay in-optimize sa pamamagitan ng mga eksperimento at orthogonal na eksperimento, at ang mga na-synthesize na cellulose ether ay kinilala gamit ang FT-IR, XRD, H-NMR, atbp.
Mga Pangunahing Kaalaman sa Cellulose Etherification
Ang prinsipyo ng cellulose etherification ay maaaring hatiin sa dalawang bahagi. Ang unang bahagi ay ang proseso ng alkaliization, ibig sabihin, sa panahon ng reaksyon ng alkaliization ng cellulose,
Pantay na nakakalat sa solusyong NaOH, ang pine cellulose ay marahas na namamaga sa ilalim ng aksyon ng mekanikal na paghahalo, at kasabay ng paglawak ng tubig
Isang malaking dami ng maliliit na molekula ng NaOH ang tumagos sa loob ng pine cellulose, at nakipag-react sa mga hydroxyl group sa singsing ng glucose structural unit,
Bumubuo ng alkali cellulose, ang aktibong sentro ng reaksyon ng etherification.
Ang ikalawang bahagi ay ang proseso ng etherification, ibig sabihin, ang reaksyon sa pagitan ng aktibong sentro at sodium chloroacetate o 2-chloroethanol sa ilalim ng mga kondisyong alkaline, na nagreresulta sa
Kasabay nito, ang etherifying agent na sodium chloroacetate at 2-chloroethanol ay makakagawa rin ng isang tiyak na antas ng tubig sa ilalim ng mga kondisyong alkaline.
Ang mga side reaction ay nireresolba upang makabuo ng sodium glycolate at ethylene glycol, ayon sa pagkakabanggit.
2 Pretreatment ng konsentradong alkali decrystallization ng pine cellulose
Una, maghanda ng isang tiyak na konsentrasyon ng solusyong NaOH na may deionized na tubig. Pagkatapos, sa isang tiyak na temperatura, 2g ng hibla ng pino
Ang bitamina ay tinutunaw sa isang tiyak na dami ng solusyong NaOH, hinahalo nang ilang panahon, at pagkatapos ay sinasala para magamit.
Tagagawa ng Modelo ng Instrumento
Metro ng pH na may Katumpakan
Magnetic stirrer na pampainit na uri ng kolektor na pare-pareho ang temperatura
Oven na pang-vacuum para sa pagpapatuyo
Elektronikong balanse
Pump na vacuum na uri ng umiikot na tubig na maraming gamit
Fourier Transform Infrared Spectrometer
Diffractometer ng X-ray
Nukleyar na Magnetikong Resonansyong Ispektrometro
Hangzhou Aolilong Instrument Co., Ltd.
Hangzhou Huichuang Instrument Equipment Co., Ltd.
Shanghai Jinghong Experimental Equipment Co., Ltd.
METTLER TOLEDO Instruments (Shanghai) Co., Ltd.
Hangzhou David Science and Education Instrument Co., Ltd.
American Thermo Fisher Co., Ltd.
Amerikanong Thermoelectric Switzerland ARL Company
Kumpanya ng Switzerland na BRUKER
35
Paghahanda ng mga CMC
Paggamit ng pine wood alkali cellulose na paunang ginagamot sa pamamagitan ng concentrated alkali decrystallization bilang hilaw na materyal, paggamit ng ethanol bilang solvent at paggamit ng sodium chloroacetate bilang etherification
Ang CMC na may mas mataas na DS ay inihanda sa pamamagitan ng pagdaragdag ng alkali nang dalawang beses at etherifying agent nang dalawang beses. Magdagdag ng 2g ng pine wood alkali cellulose sa four-necked flask, pagkatapos ay magdagdag ng isang tiyak na dami ng ethanol solvent, at haluing mabuti sa loob ng 30 minuto.
tungkol sa, upang ang alkali cellulose ay ganap na kumalat. Pagkatapos ay magdagdag ng isang tiyak na dami ng alkali agent at sodium chloroacetate upang mag-react sa loob ng isang takdang panahon sa isang tiyak na temperatura ng etherification
Pagkatapos ng ilang oras, ang pangalawang pagdaragdag ng alkaline agent at sodium chloroacetate na susundan ng etherification sa loob ng ilang panahon. Pagkatapos ng reaksyon, palamigin nang palamigin, pagkatapos
I-neutralize gamit ang angkop na dami ng glacial acetic acid, pagkatapos ay salain gamit ang suction filter, hugasan at patuyuin.
Paghahanda ng mga HEC
Paggamit ng pine wood alkali cellulose na paunang ginagamot ng concentrated alkali decrystallization bilang hilaw na materyal, ethanol bilang solvent at 2-chloroethanol bilang etherification
Ang HEC na may mas mataas na MS ay inihanda sa pamamagitan ng pagdaragdag ng alkali nang dalawang beses at etherifying agent nang dalawang beses. Magdagdag ng 2g ng pine wood alkali cellulose sa isang four-necked flask, at magdagdag ng isang tiyak na volume ng 90% (volume fraction) ethanol, haluin.
Haluin nang ilang panahon upang tuluyang kumalat, pagkatapos ay magdagdag ng isang tiyak na dami ng alkali, at dahan-dahang initin, magdagdag ng isang tiyak na dami ng 2-
Ang chloroethanol, na-etherified sa pare-parehong temperatura sa loob ng isang yugto ng panahon, at pagkatapos ay idinagdag ang natitirang sodium hydroxide at 2-chloroethanol upang ipagpatuloy ang etherification sa loob ng isang yugto ng panahon. gamutin
Pagkatapos makumpleto ang reaksyon, i-neutralize gamit ang isang tiyak na dami ng glacial acetic acid, at panghuli, salain gamit ang isang glass filter (G3), hugasan, at patuyuin.
Paghahanda ng HEMCC
Gamit ang HEC na inihanda sa 3.2.3.4 bilang hilaw na materyal, ethanol bilang medium ng reaksyon, at sodium chloroacetate bilang etherifying agent upang ihanda
HECMC. Ang espesipikong proseso ay: kumuha ng isang tiyak na dami ng HEC, ilagay ito sa isang 100 mL na four-necked flask, at pagkatapos ay magdagdag ng isang tiyak na dami ng volume
90% ethanol, mekanikal na haluin nang ilang panahon upang ito ay tuluyang kumalat, magdagdag ng kaunting alkali pagkatapos initin, at dahan-dahang idagdag
Ang sodium chloroacetate, ang etherification sa pare-parehong temperatura ay natatapos pagkalipas ng isang yugto ng panahon. Pagkatapos makumpleto ang reaksyon, i-neutralize ito gamit ang glacial acetic acid upang i-neutralize ito, pagkatapos ay gumamit ng glass filter (G3)
Pagkatapos ng suction filtration, paghuhugas at pagpapatuyo.
Paglilinis ng mga cellulose ether
Sa proseso ng paghahanda ng cellulose ether, kadalasang nalilikha ang ilang by-product, pangunahin na ang inorganic salt sodium chloride at ilan pang iba.
mga dumi. Upang mapabuti ang kalidad ng cellulose ether, isinagawa ang simpleng paglilinis sa nakuha na cellulose ether. dahil ang mga ito ay nasa tubig
Mayroong iba't ibang solubility, kaya ang eksperimento ay gumagamit ng isang tiyak na volume fraction ng hydrated ethanol upang linisin ang inihandang tatlong cellulose ethers.
pagbabago.
Ilagay ang sample ng cellulose ether na inihanda gamit ang isang tiyak na kalidad sa isang beaker, magdagdag ng isang tiyak na dami ng 80% ethanol na pinainit sa 60 ℃ ~ 65 ℃, at panatilihin ang mekanikal na paghahalo sa 60 ℃ ~ 65 ℃ sa isang constant temperature heating magnetic stirrer sa loob ng 10 ℃. Minuto. Patuyuin ang supernatant.
Sa isang malinis na beaker, gumamit ng silver nitrate upang suriin ang mga chloride ion. Kung mayroong puting precipitate, salain ito gamit ang isang glass filter at kunin ang solid
Ulitin ang mga naunang hakbang para sa bahagi ng katawan, hanggang sa ang filtrate pagkatapos magdagdag ng 1 patak ng solusyong AgNO3 ay wala nang puting namuo, ibig sabihin, natapos ang purification at washing.
36
sa (pangunahin upang alisin ang by-product ng reaksyon na NaCl). Pagkatapos ng pagsipsip, pagsasala, pagpapatuyo, pagpapalamig sa temperatura ng silid at pagtimbang.
masa, g.
Mga Paraan ng Pagsubok at Pag-karakterisasyon para sa mga Cellulose Ether
Pagtukoy sa Antas ng Pagpapalit (DS) at Antas ng Pagpapalit (MS) ng Molar
Pagtukoy ng DS: Una, timbangin ang 0.2 g (tumpak sa 0.1 mg) ng pinadalisay at pinatuyong sample ng cellulose ether, tunawin ito sa
80mL ng distilled water, hinalo sa isang constant temperature water bath sa 30℃~40℃ sa loob ng 10 minuto. Pagkatapos ay ayusin gamit ang sulfuric acid solution o NaOH solution
pH ng solusyon hanggang sa ang pH ng solusyon ay 8. Pagkatapos, sa isang beaker na may pH meter electrode, gumamit ng karaniwang solusyon ng sulfuric acid
Para mag-titrate, sa ilalim ng mga kondisyon ng paghahalo, obserbahan ang pagbasa ng pH meter habang nag-titrate, kapag ang halaga ng pH ng solusyon ay inayos sa 3.74,
Natatapos ang titrasyon. Pansinin ang dami ng karaniwang solusyon ng sulfuric acid na ginamit sa oras na ito.
Henerasyon:
Ang kabuuan ng mga numero ng proton sa itaas at ng hydroxyethyl group
Ang proporsyon ng bilang ng mga proton sa itaas; Ang I7 ay ang masa ng pangkat na methylene sa pangkat na hydroxyethyl
Intensity ng proton resonance peak; ay ang intensity ng proton resonance peak ng 5 methine groups at isang methylene group sa cellulose glucose unit
Kabuuan.
Ang mga pamamaraan ng pagsubok na inilarawan para sa infrared characterization testing ng tatlong cellulose ethers na CMC, HEC at HEECMC
Batas
3.2.4.3 Pagsubok sa XRD
Pagsubok sa Karakterisasyon ng Pagsusuri ng X-ray Diffraction ng Tatlong Cellulose Ethers na CMC, HEC at HEECMC
ang inilarawang pamamaraan ng pagsubok.
3.2.4.4 Pagsubok ng H-NMR
Ang H NMR spectrometer ng HEC ay sinukat gamit ang Avance400 H NMR spectrometer na ginawa ng BRUKER.
Gamit ang deuterated dimethyl sulfoxide bilang solvent, ang solusyon ay sinubukan sa pamamagitan ng liquid hydrogen NMR spectroscopy. Ang dalas ng pagsubok ay 75.5MHz.
Mainit, ang solusyon ay 0.5mL.
3.3 Mga Resulta at Pagsusuri
3.3.1 Pag-optimize ng proseso ng paghahanda ng CMC
Gamit ang pine cellulose na kinuha sa ikalawang kabanata bilang hilaw na materyal, at gamit ang sodium chloroacetate bilang etherifying agent, ginamit ang pamamaraan ng single factor experiment.
Ang proseso ng paghahanda ng CMC ay na-optimize, at ang mga paunang baryabol ng eksperimento ay itinakda gaya ng ipinapakita sa Talahanayan 3.3. Ang sumusunod ay ang proseso ng paghahanda ng HEC
Sa sining, ang pagsusuri ng iba't ibang salik.
Talahanayan 3.3 Mga Halaga ng Paunang Salik
Halaga ng Paunang Salik
Temperatura ng alkalizing bago ang paggamot/℃ 40
Oras ng pag-alkalize bago ang paggamot/oras 1
Pretreatment na proporsyon ng solid-liquid/(g/mL) 1:25
Konsentrasyon ng lye bago ang paggamot/% 40
38
Ang unang yugto ng temperatura ng etherification/℃ 45
Oras ng etherification sa unang yugto/oras 1
Temperatura ng etherification sa ikalawang yugto/℃ 70
Oras ng etherification sa ikalawang yugto/oras 1
Base dosage sa yugto ng etherification/g 2
Dami ng etherifying agent sa yugto ng etherification/g 4.3
Etherified solid-liquid ratio/(g/mL) 1:15
3.3.1.1 Impluwensya ng iba't ibang salik sa antas ng pagpapalit ng CMC sa yugto ng alkalization bago ang paggamot
1. Ang epekto ng temperatura ng alkalization bago ang paggamot sa antas ng pagpapalit ng CMC
Upang isaalang-alang ang epekto ng temperatura ng alkalization bago ang paggamot sa antas ng pagpapalit sa nakuha na CMC, sa kaso ng pag-aayos ng iba pang mga salik bilang mga paunang halaga,
Sa ilalim ng mga kondisyon, tinalakay ang epekto ng temperatura ng pretreatment alkalization sa antas ng pagpapalit ng CMC, at ang mga resulta ay ipinapakita sa Fig.
Temperatura ng alkalizing bago ang paggamot/℃
Epekto ng temperatura ng alkalizing bago ang paggamot sa antas ng pagpapalit ng CMC
Makikita na ang antas ng pagpapalit ng CMC ay tumataas kasabay ng pagtaas ng temperatura ng alkaliization bago ang paggamot, at ang temperatura ng alkaliization ay 30 °C.
Ang mga antas ng substitution na nabanggit sa itaas ay bumababa kasabay ng pagtaas ng temperatura. Ito ay dahil ang temperatura ng alkalizing ay masyadong mababa, at ang mga molekula ay hindi gaanong aktibo at hindi kayang
Epektibong sinisira ang mala-kristal na bahagi ng cellulose, na nagpapahirap sa etherifying agent na makapasok sa loob ng cellulose sa yugto ng etherification, at ang antas ng reaksyon ay medyo mataas.
mababa, na nagreresulta sa mas mababang antas ng pagpapalit ng produkto. Gayunpaman, ang temperatura ng alkaliization ay hindi dapat masyadong mataas. Habang tumataas ang temperatura, sa ilalim ng aksyon ng mataas na temperatura at malakas na alkali,
Ang selulusa ay madaling kapitan ng oxidative degradation, at ang antas ng pagpapalit ng produktong CMC ay bumababa.
2. Impluwensya ng oras ng alkalinisasyon bago ang paggamot sa antas ng pagpapalit ng CMC
Sa ilalim ng kondisyon na ang temperatura ng pretreatment alkalization ay 30 °C at ang iba pang mga salik ay ang mga inisyal na halaga, tatalakayin ang epekto ng oras ng pretreatment alkalization sa CMC.
Ang epekto ng pagpapalit. Antas ng pagpapalit
Oras ng pag-alkalize bago ang paggamot/oras
Epekto ng oras ng alkalinisasyon bago ang paggamot saCMCantas ng pagpapalit
Ang proseso ng bulking mismo ay medyo mabilis, ngunit ang solusyon ng alkali ay nangangailangan ng isang tiyak na oras ng pagsasabog sa hibla.
Makikita na kapag ang oras ng alkaliization ay 0.5-1.5 oras, ang antas ng pagpapalit ng produkto ay tumataas kasabay ng pagtaas ng oras ng alkaliization.
Ang antas ng pagpapalit ng produktong nakuha ay pinakamataas noong ang oras ay 1.5 oras, at ang antas ng pagpapalit ay bumababa kasabay ng pagtaas ng oras pagkatapos ng 1.5 oras. Maaari itong
Maaaring dahil sa simula ng alkalization, kasabay ng pagpapahaba ng oras ng alkalization, mas sapat na ang pagpasok ng alkali sa cellulose, kaya't ang hibla
Mas maluwag ang pangunahing istruktura, na nagpapataas ng etherifying agent at ng aktibong medium
Oras ng pag-post: Abril-26-2024